Curie (unità di misura)

Il curie (simbolo: Ci) è un'unità di misura non appartenente al Sistema Internazionale, utilizzata per esprimere l'attività di una sostanza radioattiva, ossia il numero di decadimenti nucleari che si verificano nell'unità di tempo. Prende il nome dai fisici Pierre Curie e Marie Curie, pionieri nello studio della radioattività. Originariamente definito nel 1910 come l'attività di un grammo di radio-226 puro, il curie fu successivamente standardizzato nel valore esatto di 3,7 × 10¹⁰ decadimenti nucleari al secondo. Sebbene sia stato formalmente sostituito dal becquerel (Bq), unità del Sistema Internazionale adottata nel 1975, il curie resta ampiamente impiegato, in particolare negli Stati Uniti, in medicina nucleare, in radioprotezione e in alcuni settori dell'industria e delle scienze ambientali. Un curie corrisponde a 37 gigabecquerel (37 GBq), mentre un becquerel equivale a circa 2,703 × 10⁻¹¹ curie.

Contesto e origini

Il curie deve il proprio nome alla coppia di coniugi formata da Pierre Curie (1859–1906) e Marie Curie (1867–1934), le cui ricerche sui raggi dell'uranio — osservati per la prima volta da Henri Becquerel nel 1896 — portarono alla scoperta degli elementi radioattivi polonio e radio nel 1898. Fu Marie Curie a coniare il termine «radioattività» per descrivere l'emissione spontanea di radiazioni da parte di certi elementi pesanti, e il meticoloso lavoro dei coniugi Curie nell'isolamento del radio dalla pechblenda pose le basi quantitative della nuova disciplina. I loro risultati, uniti alla scoperta iniziale di Becquerel, furono premiati con il Premio Nobel per la fisica nel 1903; Marie Curie ricevette in seguito un secondo Premio Nobel, questa volta per la chimica, nel 1911, per la scoperta del polonio e del radio e per l'isolamento del radio puro.

Poiché il radio era, nei primi anni del Novecento, la sostanza radioattiva di maggiore rilevanza pratica — impiegata nei primi trattamenti medici, nelle vernici luminose e nella ricerca scientifica — presto si avvertì la necessità di un'unità di misura standard per quantificare la quantità di materiale radioattivo e l'intensità della sua emissione.

Storia

Il curie fu definito formalmente nel 1910 in occasione del Congresso Internazionale di Radiologia ed Elettricità riunito a Bruxelles. Il congresso, su suggerimento di illustri scienziati dell'epoca, decise che l'unità di misura della radioattività fosse intitolata a Pierre Curie, scomparso nel 1906. La definizione originaria designava come un curie la quantità di radon (l'emanazione del radio) in equilibrio radioattivo con un grammo di radio.

Tale definizione, basata sulla quantità di radon rispetto al radio, si rivelò poco pratica, poiché dipendeva dall'accuratezza con cui era nota la massa atomica del radio e dalle condizioni di equilibrio del decadimento radioattivo. Nel 1950 una commissione internazionale rivide la definizione, ridefinendo il curie come esattamente 3,7 × 10¹⁰ decadimenti al secondo, indipendentemente dalla sostanza considerata. Questo valore fu scelto perché approssimava da vicino l'attività misurata di un grammo di radio-226, pur costituendo un numero esatto e «tondo», applicabile a qualsiasi radionuclide.

L'unità rimase in uso internazionale per diversi decenni; tuttavia, con lo sviluppo e la formalizzazione del Sistema Internazionale di unità di misura a metà del Novecento, crebbe l'esigenza di un'unità coerente fondata sulla grandezza fondamentale degli eventi per secondo. Nel 1975 la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure adottò il becquerel, definito come un decadimento nucleare al secondo, in onore di Henri Becquerel. Il curie fu mantenuto come unità non SI ammessa a uso transitorio e continua a comparire in contesti giuridici, medici e commerciali, in particolare negli Stati Uniti.

Definizione e conversioni

Il curie è definito come esattamente 3,7 × 10¹⁰ decadimenti radioattivi al secondo:

• 1 Ci = 3,7 × 10¹⁰ decadimenti al secondo = 37 000 000 000 Bq = 37 GBq
• 1 Bq ≈ 2,703 × 10⁻¹¹ Ci

Per molte finalità pratiche, in particolare nelle applicazioni più datate, un grammo di radio-226 è tuttora considerato approssimativamente pari a un curie; più precisamente, in base al valore accettato dell'emivita del radio-226, un grammo di radio corrisponde a circa 0,988 curie secondo la definizione moderna.

Poiché le attività incontrate nella pratica spaziano su molti ordini di grandezza, il curie è comunemente utilizzato con i prefissi metrici standard:

• 1 chilocurie (kCi) = 10³ Ci
• 1 megacurie (MCi) = 10⁶ Ci
• 1 millicurie (mCi) = 10⁻³ Ci = 37 MBq
• 1 microcurie (µCi) = 10⁻⁶ Ci = 37 kBq
• 1 nanocurie (nCi) = 10⁻⁹ Ci
• 1 picocurie (pCi) = 10⁻¹² Ci = 0,037 Bq

Il picocurie si incontra frequentemente nel monitoraggio ambientale, in particolare nella misura delle concentrazioni di radon negli edifici, spesso espresse in picocurie per litro d'aria.

Applicazioni e impiego

In medicina nucleare il curie e i suoi sottomultipli restano lo standard in molti paesi per esprimere l'attività dei radiofarmaci somministrati ai pazienti. Le procedure diagnostiche comportano tipicamente dosi dell'ordine dei millicurie o dei microcurie, mentre le applicazioni terapeutiche, come il trattamento con radioiodio delle patologie della tiroide, possono richiedere dosi di decine o centinaia di millicurie.

Nel settore dell'energia nucleare e del ciclo del combustibile, il curie è impiegato per quantificare la radioattività dei materiali dei reattori, del combustibile esaurito, dei rifiuti radioattivi e dei rilasci nell'ambiente. Grandi inventari, come il contenuto in prodotti di fissione del nocciolo di un reattore, sono spesso espressi in megacurie. In radioprotezione, i livelli di contaminazione e i limiti di scarico degli effluenti sono storicamente stati specificati in curie o microcurie per unità di volume o di massa.

Nelle scienze ambientali il picocurie è un'unità comune per riportare i livelli di radon e l'attività dei materiali radioattivi naturalmente presenti nell'acqua e nel suolo. In alcune giurisdizioni le normative di riferimento continuano a stabilire limiti espressi in unità basate sul curie.

Distinzione dalle grandezze correlate

Il curie misura l'attività — ossia la frequenza con cui si verificano i decadimenti radioattivi — e non va confuso con le grandezze che descrivono gli effetti delle radiazioni. La dose assorbita si misura in rad o, nel Sistema Internazionale, in gray; la dose equivalente, che tiene conto della diversa efficacia biologica dei vari tipi di radiazione, si misura in rem o, nel Sistema Internazionale, in sievert; l'esposizione ai raggi X o ai raggi gamma si misura in röntgen. Attività, dose ed esposizione sono grandezze fisiche distinte, e la conversione tra esse richiede la conoscenza del radionuclide coinvolto, delle energie di decadimento e della geometria dell'irraggiamento.

Significato ed eredità

Il curie occupa un posto di rilievo nella storia della scienza come una delle prime unità standardizzate della fisica nucleare e come omaggio ai fondatori della radiochimica. La sua longevità riflette sia l'utilità pratica di un'unità il cui ordine di grandezza è ben adatto alle attività delle sorgenti radioattive comuni, sia l'influenza duratura dell'eredità della famiglia Curie. La figlia di Marie Curie, Irène Joliot-Curie, insieme al marito Frédéric Joliot-Curie, proseguì questa tradizione scoprendo la radioattività artificiale nel 1934, risultato per il quale ricevette il Premio Nobel per la chimica nel 1935.

Sebbene gli organismi internazionali raccomandino da tempo il becquerel come unità preferenziale, il curie sopravvive nell'uso consuetudinario, nella letteratura storica e nei quadri normativi. La conoscenza del curie e del suo rapporto con le unità del Sistema Internazionale resta indispensabile per interpretare documenti scientifici d'archivio, prescrizioni mediche e dati ambientali, nonché per garantire la comunicazione tra le comunità che continuano a impiegare entrambi i sistemi di misura.

Voci correlate

• Becquerel (unità di misura)
• Radio e radon
• Radioattività e decadimento radioattivo
• Marie Curie e Pierre Curie
• Rad (unità di misura), rem (unità di misura) e röntgen
• Sistema Internazionale di unità di misura e unità non SI